usb_can通信转换器设计方案

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1、USB/CAN通信转换器设计方案　本文阐述了一种USB－CAN总线转换装置，方便CAN总线与计算机进行链接。本设计方案主要包括：任务说明、总线简介、硬件设计、软件设计、总结等５部分。一、任务说明设计一种USB-CAN总线转换器。完成从一台计算机的USB把1个数据帧（自己定义）通过USB/CAN转换器将数据发到CAN总线上；另一台计算机CAN/USB转换接受数据。二、总线介绍CAN总线是一种流行的现场总线，其协议分为物理层和数据链路层。物理层定义信号如何发送，涉及位编码，位定时和同步，没有定义驱动器和接收器的特性，以便根据具体情况灵活应

2、用。数据链路层又包括媒体访问子层MAC层和逻辑链路子层LLC层。MAC子层是CAN协议的核心，它可响应报文帧，仲裁，应答，错误检测和标定。LLC子层主要功能是报文滤波，超载通知和恢复管理。CAN总线主要有以下特点：1.以多主方式工作，没有主节点和从节点之分；2.节点信息分为不同优先级，可满足不同实时要求；3.采用非破坏性总线仲裁技术，不同于以太网的碰撞检测技术，而是按位对标识符进行仲裁，优先级最高的节点获得总线的使用权；4.采用报文滤波实现多种通信方式，无需专门调度。在验收滤波器的帮助下，CAN节点只接收识别码与验收滤波器中预设值一致

3、的信息；5.直接通信距离最远达到10km（5kbps以下），通信速率最高可达1Mbps（通信距离最长为40m）；6.CAN报文数据帧由7个不同的位场组成，即帧起始，仲裁场，控制场，数据场，CRC校验场，ACK应答场和帧结束。仲裁场包括标识符（11位或29位），控制场包括数据场的字节数目，数据场可包括0~8个字节；7.CAN总线协议固化在相关芯片中，主要有总线控制器和总线收发器。前者完成CAN总线协议中物理层和数据链路层中所有功能，后者提供总线驱动能力。USB即"通用串行总线"是一种应用在PC中的表型总线，由Intel、Microsof

4、t、NEC等公司共同提出，他是一种新型的外接串联口，提出该规格的厂商希望用USB取代现有的外接设备接口，它还具备连接单一化、软件自动侦测以及热插拔（即插即用）的功能，USB具有以下特点：1）数据传输速率高。USB高速：480Mb/s；USB全速：12Mb/s；USB低速：1.5Mb/s。2）数据传输可靠。USB事务处理包括错误检测机制，可以确保数据无错误发送，在发生错误时，事务处理可以重新进行。3）同时挂接多个USB设备，每个USB总线支持127个设备的连接。4）USB接口能为设备供电。当外界电源要求电压为5V且电流小于500mA时，

5、可以直接从USB总线获取电源，这样，USB设备无需专用电源线，从而降低了设备成本。5）支持热拔。USB实现了真正的"即插即用"功能，设备连接后由USB自检测，并且由软件自动配置，完成后立刻就能使用，不需要用户进行干涉。三、系统硬件设计系统硬件结构主要包括主控制芯片，USB通信部分以及CAN通信部分。总体结构如下图所示：主控制芯片选用Atmel公司的AT89C52。USB通信采用USB控制器PDIUSBD12及USB接口。CAN通信采用CAN总线控制器SJA1000和CAN总线收发器82C250，在SJA1000和CAN总线收发器8

6、2C250之间使用了2个高速光电隔离器件6N137实现了总线与控制器的隔离，以避免干扰提高工作可靠性。（1）USB总线接口的设计在微控制器和USB接口的选择上有2种方式，一种是采用具备USB通信功能的微处理器。随着USB应用的日益广泛，Intel，Cypress，Cypress，Philips等芯片厂商都推出了具备USB通信接口的微处理器。其中有8x930A，8x931A，EZ＿USB等。由于这些单片机具有USB接口，这些芯片与过去的开发系统是不兼容的，需要购买新的开发系统，投资较高。另一种是采用普通微处理器加上专用的USB通信芯片。

7、现在的专用芯片中较流行的有NationalSemiconductor公司的USBN9602，ScanLogic公司的SL11，Philips的PDIUSBD12等。其中PDIUSBD12是一款性价比很高的USB接口器件，他通过并行接口与微处理器进行通信，这种接口方式使得设计者可以选择自己熟悉的控制器进行开发，简化了开发难度，加快了系统的设计。所以本系统采用PDIUSBD12与Atmel的AT89C52连接的方式进行开发。原理图如图1所示。图1：USB总线接口设计（2）CAN总线接口的设计这部分由微处理器、CAN控制器和CAN收发器组成

8、，微处理器负责将数据发送给CAN控制器，并经由CAN控制器、光耦以及CAN收发器将数据发往CAN总线，原理图如图2所示。CAN总线控制器采用Philips公司的SJA1000，并辅以该公司的PCA82C250接口驱动器。